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1[소방설비기사(기계) 필기] 20년 1회차

그림과 같이 길이 5m5m, 입구직경 (D1)30cm(D_1) 30cm, 출구직경 (D2)16cm(D_2) 16cm인 직관을 수평면과 30°30° 기울어지게 설치하였다. 입구에서 0.3m3/s0.3m^3/s로 유입되어 출구에서 대기중으로 분출된다면 입구에서의 압력(kPa)(kPa)은? (단, 대기는 표준대기압 상태이고 마찰손실은 없다)

5mD₁D₂30°Q=0.3m³/s3mZ
1

102

2

24.5

3

228

4

127

해설

입구에서의 압력은 228 kPa(절대압력)이다. 연속방정식으로
V1=0.3π4(0.3)2=4.24V_1=\dfrac{0.3}{\frac{\pi}{4}(0.3)^2}=4.24 m/s, V2=0.3π4(0.16)2=14.92V_2=\dfrac{0.3}{\frac{\pi}{4}(0.16)^2}=14.92 m/s이고, 출구의 높이차는 5sin⁡30∘=2.55\sin 30^\circ=2.5 m이다.

마찰이 없으므로 베르누이식
P1γ+V122g=P2γ+V222g+z2\dfrac{P_1}{\gamma}+\dfrac{V_1^2}{2g}=\dfrac{P_2}{\gamma}+\dfrac{V_2^2}{2g}+z_2
에서 계기압력은
P1=ρ2(V22−V12)+ρgz2=500(222.6−18.0)+1,000×9.81×2.5≈126.8P_1=\dfrac{\rho}{2}(V_2^2-V_1^2)+\rho g z_2=500(222.6-18.0)+1{,}000\times 9.81\times 2.5\approx 126.8 kPa이다.

출구가 표준대기압으로 분출되므로 입구의 절대압력은
126.8+101.3≈228126.8+101.3\approx 228 kPa이다. 127은 대기압을 더하지 않은 계기압력 값이다.

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